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高性能锂硫电池正极材料:NiS/中空碳球复合物

锂硫电池因质量轻、环境友好、储量丰富、价格低廉而且具有很高的理论容量和比能量密度等优点引起广泛关注。但硫的电子导电性差,聚硫化物穿梭效应以及充放电过程中体积膨胀等问题严重阻碍了锂硫电池产业化

高性能锂硫电池正极材料:NiS/中空碳球复合物

图1. (a)NiS@C-HS复合材料合成过程示意图; (b)SiO2, (c)SiO2@Ni-silicate@RF, (d)SiO2@Ni@C, (e)NiS@C-HS的TEM图.

针对上述问题,澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授和华南理工大学王海辉教授课题组基于原位热还原和硫化技术,将纳米尺寸硫化镍(NiS)均匀分布在具有强化学偶联的中空碳球上,得到NiS@C-HS复合材料。当负载上硫,作为锂硫电池正极时,S/NiS@C-HS电极表现出优越的电化学性能。此成果发表在国际期刊Adv. Funct. Mater.。

高性能锂硫电池正极材料:NiS/中空碳球复合物

图2. (a)在不同电流密度下, S/NiS@C-HS电极的充放电曲线; (b)S/C-HS@NiS, S/C-HS, S/NiS@C-HS, S/NiS-HS电极的倍率性能图; (c)S/C-HS@NiS, S/C-HS, S/NiS@C-HS, S/NiS-HS电极的阻抗图; (d)在电流密度0.2 C下, S/C-HS@NiS, S/C-HS, S/NiS@C-HS, S/NiS-HS电极的循环性能图; (e)在电流密度0.5 C下, S/NiS@C-HS电极的循环性能图.

在电流密度0.1,0.2,0.5,1和 2 C下,S/NiS@C-HS电极比容量分别为1196,997,880,798和 674 mAh/g,当电流密度返至0.2C时,比容量仍维持在1013 mAh/g,这体现了良好的倍率性能。在电流密度0.2 C下,循环200次后,容量为718 mAh/g,容量保持率为72%;在大电流密度0.5 C下,循环300次后,容量为695 mAh/g,体现了优越的循环稳定性。在NiS@C-HS复合材料中,纳米NiS均匀地分布在中空碳球上,有利于提高对多硫化物的吸附力。与此同时,中空的碳球能够提供足够的空隙负载硫和缓解体积膨胀问题。更重要的是,纳米尺寸的NiS和碳壳之间的强化学偶联作用增强了电极间电荷转移和氧化还原动力学。

参考文献:

Chao Ye,Lei Zhang, Chunxian Guo, Dongdong Li, Anthony Vasileff, Haihui Wang, and Shi-Zhang Qiao. A 3D Hybrid of Chemically Coupled Nickel Sulfide and Hollow Carbon Spheres for High Performance Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Funct. Mater. 2017,DOI:10.1002/adfm.201702524.

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参考文献:

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